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土壤有机碳为植被生长提供碳源,对维持土壤良好的物理结构起到非常重要的作用,同时也是温室效应气体CO2的主要来源。土壤碳的库容巨大,在全球碳循环过程中起着极其重要的作用。氮素是制约作物生长和产量形成的首要因素,对于改善作物产品品质亦有明显作用。过量化肥的使用,又导致农作物抗病害能力下降,地表、地下水质污染,大气N2O浓度的上升等一系列环境问题。本研究通过位于黄土高原中南部的长期田间试验,研究了不同种植体系土壤碳氮的含量以及不同氮磷水平条件下土壤碳氮的变化。获得的主要结论有:1.与休闲相比,不同作物长期连作或轮作显著提高0-40cm土层各种形态碳的含量,总碳提高27%-140%,有机碳提高43%-250%,无机碳提高0.2%-70%,轻质有机碳提高34%-993%。不同种植方式之间,0-15cm的各土层中,土壤总碳、有机碳、轻质有机碳均是苜蓿连作含量最高,其次是禾谷或豆禾轮作,玉米或小麦连作较低。无机碳却不同,苜蓿连作仅使0-5cm土层的无机碳增加。随土层深度增加,土壤总碳、有机碳和轻质有机碳均是苜蓿连作下降幅度最大。可见,长期苜蓿连作是增加旱地土壤碳的一种有效措施,特别是有机碳和轻质有机碳,但主要表现在15cm以上的表层土壤。与连作相比,轮作增加土壤碳的作用较强,但不同轮作之间并无显著差异。2.长期休闲土壤有机氮、轻质有机氮和矿质氮含量最低;苜蓿连作能较好地保蓄浅层水分,有利于提高土壤有机氮和轻质有机氮含量,特别是0-20cm的表层土壤,但较深土层的水分和矿质态氮消耗增加;玉米或小麦连作均可显著提高土壤的有机氮和轻质有机氮,长期小麦连作增加土壤轻质有机氮的作用更为明显;两种轮作土壤的有机氮含量与小麦连作无显著差别,而0-20cm表层土壤的轻质有机氮含量却既高于玉米,又高于小麦连作。长期免耕种植豆科作物虽能通过增加土壤轻质有机氮来提高有机氮累积,但增加下层土壤的水分消耗;豆科作物参与禾谷类作物轮作,或深浅根作物轮作,是优化土壤水分利用,增加土壤有机氮累积和协调土壤氮素供应的重要措施。3.施用磷肥对土壤总碳的影响不大,但显著地提高了0-20cm土层土壤有机碳、全氮含量,特别是轻质有机碳、有机氮对磷肥的反应较为明显。但对不同磷肥用量的比较发现:在氮肥用量为90 kg N ha.yr-1一定时,每公顷施用20 kg P2O5已使轻质有机碳、氮达到稳定状态,再增加磷肥用量并未表现出进一步提高轻质有机氮的效果.施磷后轻质有机碳的提高比例比轻质有机氮更明显。4.随施氮量增加,土壤全氮、总碳含量均明显增加,但当施氮量>135 kg .ha-1时,土壤全氮并未表现出增加,土壤总碳却有下降趋势。土壤轻质碳氮均随施氮量的增加而增加。土壤碳氮比在16.6-20之间,且随施氮量的增加而减少。